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永磁直驱风力发电机技术综述

发表时间：2018-07-02T11:27:53.600Z来源：《电力设备》2018年第7期作者：左禾

[导读]摘要：风能是一种清洁的可再生能源，其分布面广，开发利用潜力巨大，而风力发电则是最为常规的风能利用技术。

（西安中车永电捷力风能有限公司陕西西安710000）

摘要：风能是一种清洁的可再生能源，其分布面广，开发利用潜力巨大，而风力发电则是最为常规的风能利用技术。永磁直驱风力发

电机采用永磁体作为励磁系统，由风轮直接驱动发电机，是风力发电机的主要发展方向，通常采用径向气隙以及轴向气隙结构，包括减小

起动转矩、冷却和散热设计、永磁体的固定以及发电机的防雷设计等关键技术。文章就永磁直驱风力发电机技术进行相关分析。

关键词：永磁直驱；风力发电机；技术应用

风力发电机1

风力发电机1.1含义

风力发电机主要是一种电力设备，其能够把风能转为机械功，从而带动转子旋转，最后输出交流电。在广义上，风能也作为太阳能，

因此，风力发电机也是以大气为介质、太阳为热源的热能利用发电机。

风力发电机1.2原理

风力发电原理说来很简单，但做起来很难，其利用风去带动风车叶片使叶片旋转，再通过增速机提高叶片旋转速度，以此促使发电机

进行发电。风力发电相较于柴油发电要好很多，因为其利用自然能源。风力发电不能够作为备用电源，但其使用寿命长，可长期利用。

风力发电机1.3类型

（1）异步型，包括笼型异步发电机和绕线式双馈异步发电机。（2）同步型，包括永磁同步发电机和电励磁同步发电机。（3）水平

轴，目前利用最多的风力发电机类型。（4）垂直轴，新型的风力发电机。与水平轴风力发电机相比，其效率较高，且没有噪音，维护简

单，中小型发电机首选。

永磁直驱风电机1.4组的结构组成

永磁直驱风力发电机组没有齿轮箱，风轮直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发电机，采用永磁体代替励磁线圈，减少了励磁损耗。此

外，永磁电机无需从电网吸收无功功率来建立磁场，由于没有励磁装置，减少了很多电气设备，从而使机组具有可靠、高效、方便安装和

维护等很多优点。因此，永磁直驱风力发电机组代表了未来风电行业的发展方向。

永磁直驱风力发电机关键技术2

根据永磁直驱风力发电机的设计要求，主要包括以下关键技术。

减小起动转矩2.1

由发电机齿槽效应带来的起动转矩，限制了风力发电机的稳定运行范围，导致风能利用率的降低，因此，在设计永磁直驱风力发电机

时，降低起动转矩是一个重要设计要求，通常采用转子斜极、定子斜槽以及分数槽来减小起动转矩。

冷却系统2.2

对发电机散热，目前常见的冷却方式有空冷、氢内冷、氢外冷和直接液冷等。

永磁体却和散热设计2.3

目前，普遍采用先充磁后装配的方法来安装永磁体，由于永磁体吸力很大，需采用专门的磁钢安装工装，以保证人身和设备安全。为

减小吸力对装配过程的影响，也可以采用先安装后磁化的方法来安装永磁体。

此外，由于永磁体是固定在发电机的转子上，在转子旋转时，会产生较大的离心力，特别是内转子结构的发电机，永磁体固定在转子

外侧或外表面，离心力会使永磁体的固定存在困难。

发电机的防雷设计2.4

永磁直驱风力发电机组通常安装在空旷的地区或是雷暴比较频繁的沿海地区，容易遭受雷击，因此设计防止风力发电机组在雷击过程

中受损坏的防雷系统显的尤为重要。

绝缘2.5系统设计及绝缘材料的选用

永磁直驱发电机运行的可靠性和运行寿命主要取决于绝缘系统的设计及其材料选用，由于风力发电机使用的特殊地理环境（戈壁、草

原、沿海等），对发电机的绝缘系统及绝缘材料有着特殊的要求，如防震、抗潮、耐盐雾及在低压、大电流绝缘系统的机械强度和因机械

性能下降引发的绝缘性能衰退以及特殊环境下运行绝缘系统的耐候性问题等。因此，合理绝缘系统的设计及其材料的选用，对电机性能有

至关重要的作用，在很大程度上决定了电机的效率和可靠性等因素。

控制3系统的关键技术

控制系统作为风电机组的关键组成部分，其性能直接影响到机组的性能，效率和稳定性。目前，较为先进的风电机组控制系统多采用

变速恒频技术和变桨距控制技术。变速恒频技术使风力发电机组在不同风速下变转速运行，极大的提高了机组发电效率。而风轮是风力发

电系统捕获风能的重要部件，直接影响着系统的安全性与稳定性，因此变桨距控制技术也是风电控制系统的关键技术。